5G高频段凸显FBAR滤波器优势，垄断格局下国产高端滤波器挑战与机遇并存

电子发烧友网报道（文/李宁远）近日，苹果宣布与博通建立新的重要合作伙伴关系。苹果称这是一项“数十亿美元的交易”，根据这项合作协议，博通将在美国开发和生产一系列关键的5G射频组件，包括FBAR滤波器和尖端的无线连接组件。其中，博通位于科罗拉多州柯林斯堡的一个主要生产设施，将负责FBAR滤波器的设计和制造。
 
滤波器，射频前端模块中过滤信号的核心部件，占据了射频前端市场中的最大份额。FBAR滤波器，更是滤波器中最耀眼的细分类别，在三大MEMS滤波器中滤波性能更好，损耗更低，Q值也更大。5G背景下，随着无线通信朝着高通信频率、高传输速率和高集成化方向发展，FBAR滤波器市场空间巨大。
 
FBAR滤波器，三大MEMS滤波器中的佼佼者
 
MEMS技术被应用在很多领域，最常见的是传感领域。在射频领域，SAW、BAW、FBAR滤波器均使用MEMS技术，这三大滤波器也是目前手机中最常用的几种滤波器。SAW滤波器由压电材料和两个IDT组成，BAW滤波器采用石英晶体作为基板，基本结构是两个金属电极夹着压电薄膜。
 
严格来说FBAR滤波器，从基本原理上看是BAW滤波器的一种，基于体声波的谐振技术利用压电薄膜的逆压电效应将电能量（信号）转换成声波，从而形成谐振。不同的是FBAR滤波器采用硅底板，同时借助MEMS技术以及薄膜技术，因为其高性能，从BAW中将其拿出单独做一大类。
 
和传统的SAW滤波器相比，FBAR滤波器首先是拥有更高的Q因子值，这意味着滤波器整体的性能更好，通过先进工艺获得高电气Q因子值，在更高频段、更大带宽下能保持更高的性能。其次，FBAR滤波器适用于更高的频率，不仅能适用于10GHz内频率，甚至还能更高（60GHz），市场对射频滤波器频段等要求是在不断提升的，适配更高频率显然更符合市场趋势。再者，FBAR滤波器温度变化是不敏感的，温差会优秀很多，这意味着损耗会更低。最后一点，FBAR滤波器的功率承受能力明显处于优势。
 
即使是和BAW滤波器相比，单单从Q值方面来看，FBAR滤波器也是更具优势。在这三大MEMS滤波器中，FBAR滤波器无疑是佼佼者。
 
在5G已经到来且逐步扩大其应用范围的今天，更高带宽和更快数据速率的巨大需求需要通过不断的网络升级实现。和通信技术不断进步相辅相成的是，市场对射频滤波器的体积、能耗、功能、频段等要求不断提升，高性能的射频滤波器需求日益增多。在这些背景下，5G通信技术无疑会加大市场对于FBAR滤波器的需求。
 
FBAR滤波器高技术壁垒，市场呈垄断格局
 
从射频前端使用滤波器的价值量来看，伴随着频段的增多，滤波器在射频前端价值量占比仍有不断扩大的趋势。根据Qorvo的预测，滤波器在射频器件中的重要性越来越明显，滤波器的价值占比也从3G终端的33%提升到全网通LTE终端的57%，到5G时代，滤波器的应用量还在进一步增加，尤其是BAW/FBAR滤波器，单台手机的滤波器价值将持续上升。
 
从整个射频滤波器领域市场格局来看，博通，Qorvo，Skyworks、TDK、村田、太阳诱电占据了全球绝大部分市场份额。传统SAW滤波器领域，日本厂商村田、TDK和太阳诱电就占据了80%以上的市场份额。
 
在FBAR滤波器领域，国外的FBAR滤波器市场基本被博通、Qorvo垄断，Skyworks、高通等厂商也在不断跟进，Skyworks就通过收购Panasonic子公司及韩国MEMSsolution获得TCSAW及FBAR技术，完善了射频前端产品布局。早在2012年，博通就将FBAR滤波器成功运用在15个智能手机频段。博通主导的FBAR技术发展已超过40年，基础技术专利在2001年前基本已完成布局。
 
FBAR滤波器制造工艺复杂，良品率低，而且制造成本高，尤其是工艺方面技术难度非常高。即便是在全球市场中，能规模化量产这种高技术壁垒滤波器的FBAR厂商都不多。
 
5G时代打开FBAR市场空间，国产高端滤波器突围契机
 
5G时代更高带宽和更快数据速率的巨大需求，加上Massive MIMO、载波聚合等技术的应用，对设备的射频器件性能提出了更高要求。根据新思界产业研究中心发布的《2022—2026年FBAR滤波器行业深度市场调研及投资策略建议报告》数据，2020年，全球BAW滤波器市场规模约为39亿美元，其中，FBAR滤波器市场规模超过24亿美元。
 
全球声学滤波器市场中，BAW滤波器占有率不断攀升，至2020年已增长至50%，其中，FBAR滤波器占有率达到31%。同时，由于在5G技术中FBAR滤波器优势明显，市场空间将加速打开。
 
目前行业现状是九成以上的市场被美日龙头企业垄断，FBAR滤波器的这些龙头企业凭借垄断优势毛利率非常高，国内厂商在行业内议价能力不足。过高的价格、不稳定的供应链都是风险，正因如此，5G时代下FBAR市场空间的进一步打开也给国内厂商们创造了突围的契机。
 
诺思（天津）是中国首家FBAR生产企业，建有亚洲首座具有完全知识产权IP的FBAR晶圆厂，是国内少数能批量供货FBAR滤波器的厂商，5G新频段FBAR滤波器目前进展顺利。

FBAR滤波器，诺思（天津）

 
北京赛微电子与武汉敏声合作去年在FAB3二期产线正式启动 BAW（含FBAR）滤波器量产，主要供应5G手机及5G基站应用。
 
麦捷科技在FBAR滤波器上和中电26所合作，为之后5G阶段进入更高的频段建立长期的合作，目前正在研发当中。
 
信维通信则是与中电55所达成战略合作协议，持续深耕射频前端领域，布局类BAW/FBAR滤波器高端应用。
 
晶讯聚震、汉天下多年来也一直在攻克BAW/FBAR滤波器设计和工艺上难题，并已经取得突破。
 
射频前端是比较难突破的领域，不可否认目前国内不仅仅在人才方面与海外厂商存在很大的差距，在技术专利和专利积累方面也存在差距，短期内很难弥补。但是目前FBAR滤波器过高的价格和不稳定的供应链也刺激着国内终端厂商对国产射频滤波器的采购意愿提升。市场在迅速扩大，这是机会也是挑战。
 
写在最后
 
5G技术的落地带动了射频器件的市场需求，在高频段优势明显的FBAR滤波器无疑是争夺市场份额的焦点器件。国内在高端产品FBAR滤波器产业起步较晚，仍旧面临着不小的挑战，国内厂商在FBAR滤波器领域的不断突破会拉动产业链整体竞争力的提升，在未来的射频滤波器领域更具话语权。